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美用DNA“磚塊”搭出上百種三維納米結構

美用DNA“磚塊”搭出上百種三維納米結構

2012-12-03 15:37:55

  據物理學家組織網報道,最近,美國哈佛大學維斯生物工程研究院的科學家用DNA“磚塊”造出了100多種三維納米結構。幾個月前,該研究小組曾造出了一些二維結構,這是又一大的進步,意味著他們從能建造一面墻到可以建造一座房子了。介紹新方法的論文作為封面文章發表在11月30日出版的《科學》雜志上。

  DNA“磚塊”是指構成DNA雙螺旋鏈的4種堿基:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G),A只能和T配對,C只能和G配對。它們就像“樂高”玩具,可以搭建出各種結構。這種納米制造技術稱為“DNA─磚塊自組裝”,用人造的DNA短鏈像樂高磚塊那樣搭扣拼裝。它充分利用了DNA編程的能力,將DNA堿基對組合搭配成各式“菜譜”,來組成預先設計好的形狀。

  今年初,研究小組在《自然》雜志上報告稱,他們用DNA磚塊(每塊長42個堿基,折疊成矩形“磚塊”)構造出了二維平面,包括所有羅馬字母、標點符號、數字等107個圖案,但構建三維結構需要新的“折疊”方法。

  新方法用的DNA磚塊更小(長度為32個堿基),將每個堿基對磚塊轉了90度,再將每兩個磚塊并成立體狀,就可以向“上”、向“外”兩個方向添磚加瓦了。每8個堿基對(約2.5納米)構成一個“三維像素”,這是它的最小結構單位,1000個這樣的像素構成一個模塊,這些模塊就成為制作三維建筑的DNA分子“原料塊”。研究人員用這些“原料塊”制作了102種復雜的三維結構,包括字母、符號、漢字等,不僅表面精巧,還有著復雜的內部洞穴和孔道。

  另一種叫做“DNA折疊術”的方法能構建更穩定、更復雜的三維結構,但這種技術要依賴一條較長的DNA鏈做“支架”,并需要幾百個短鏈DNA做“釘扣”把它折疊起來,而且每種新形狀都需要一種新“支架”及相應折疊法、新的“釘扣”。論文作者尹鵬(音譯)介紹說,相比之下,DNA“磚塊”的方法不再需要支架鏈,由此可以形成一種模塊化的結構,每塊磚都能獨立地加上或減去。“這種方法簡單、穩定而且用途更廣。”

  新方法的下一個目標是將這種DNA納米技術用在更尖端領域,比如“智能”醫療設備,能將標靶藥物選擇性地遞送到病灶部位;可編程的成像探測儀器;下一代計算機線路制造,能精確排列無機物質的模板等等。

  “設計出更多、更有效的方法來利用那些具有生物兼容性DNA分子,將其作為納米技術中的結構建材,這將帶來巨大的醫療價值以及非醫療方面的應用。”維斯鑄造學院主管登??英格博說,“我們在這方面的能力正閃電般地增長。”

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